Đang tải... (xem toàn văn)
Ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học, công nghệ đặc biệt là cuộc cách mạng công nghiệp 4.0 đang diễn ra với những thành tựu vượt bậc. Việc ứng dụng những công nghệ mới vào dây chuyền sản xuất, kinh doanh của các doanh nghiệp để mang lại hiệu quả cao về nhiều mặt là điều tất yếu. Trước nhu cầu phát triển kinh tế xã hội, yêu cầu cấp thiết đối với ngành điện là độ tin cậy cung cấp điện. Một trong những lý do chính làm giảm độ tin cậy cung cấp điện chính là sự cố. Để giải quyết vấn đề, tác giả nghiên cứu áp dụng giải pháp tự động phân đoạn nhằm khai thác tiềm năng hệ thống SCADA hiện có với nguồn kinh phí tiết kiệm. Nội dung nghiên cứu là áp dụng công nghệ tự động phân đoạn để phối hợp các thiết bị phân đoạn trên lưới nhằm nhanh chóng cách ly phân đoạn bị sự cố và tự động cấp điện trở lại cho các phân đoạn không bị sự cố trong thời gian nhanh nhất, tăng độ tin cậy cung cấp điện.
BỘ GIÁO DỤC - ĐÀO TẠO Công trình thành tại ĐẠI được HỌChoàn ĐÀ NẴNG ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Người hướngNGUYỄN dẫn khoaTẤT học: THÀNH GS.TS LÊ KIM HÙNG NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG CÔNG NGHỆ TỰ ĐỘNG PHÂN ĐOẠN Phản biện 1: TS Trịnh TrungLƯỚI Hiếu ĐIỆN PHÂN PHỐI THÀNH PHỐ ĐỒNG HỚI Phản biện 2: TS Vũ Phan Huấn Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số: 8520201 Luận văn được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ kỹ thuật điện họp tại Đại học Đà Nẵng vào ngày tháng 10 năm 2018 TÓM TẮT LUẬN VĂN 0.00 THẠC SĨ KỸ THUẬT Có thể tìm hiểu luận văn tại: − Trung tâm Học liệu và Truyền thông , Đại học Bách khoa − Trung tâm Thông tin Tư liệu, Đại học Đà Nẵng Đà Nẵng - 2018 27 MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Ngày với phát triển mạnh mẽ khoa học, công nghệ đặc biệt là cách mạng công nghiệp 4.0 diễn với thành tựu vượt bậc Việc ứng dụng công nghệ vào dây chuyền sản xuất, kinh doanh doanh nghiệp để mang lại hiệu quả cao nhiều mặt là điều tất yếu Trước nhu cầu phát triển kinh tế xã hội, yêu cầu cấp thiết ngành điện là độ tin cậy cung cấp điện Một lý làm giảm độ tin cậy cung cấp điện là cố Để giải vấn đề, tác giả nghiên cứu áp dụng giải pháp tự động phân đoạn nhằm khai thác tiềm hệ thống SCADA hiện có với nguồn kinh phí tiết kiệm Nội dung nghiên cứu là áp dụng công nghệ tự động phân đoạn để phối hợp thiết bị phân đoạn lưới nhằm nhanh chóng cách ly phân đoạn bị cố và tự động cấp điện trở lại cho phân đoạn không bị cố thời gian nhanh nhất, tăng độ tin cậy cung cấp điện Mục đích nghiên cứu - Nghiên cứu đặc điểm hiện trạng lưới điện phân phối - Hiện trạng hệ thống SCADA, xu tự động hóa lưới điện phân phối và khả áp dụng - Phân tích đặc tính làm việc và nguyên tắc phối hợp thiết bị đưa phương án tối ưu tự động phân đoạn để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu đề tài là nghiên cứu áp dụng công nghệ SCADA/DAS tập trung vào cơng nghệ tự động phân đoạn để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện cho lưới điện phân phối Phạm vi nghiên cứu Công nghệ tự động phân đoạn áp dụng cho lưới điện phân phối TP Đồng Hới thuộc Công ty Điện lực Quảng Bình Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Dựa tảng lý thuyết hệ thống SCADA/DAS, khả tự động hóa thiết bị lưới trung và giải pháp truyền thông Phương pháp nghiên cứu thực tế: Trên thực tế vận hành XT 475 TBA 110kV Đồng Hới và XT 477 TBA 110kV Bắc Đồng Hới, tính tốn và mơ khả tự động phân đoạn phần mềm SCADA Survalent Phương pháp tổng hợp: Từ kết quả nghiên cứu lý thuyết và mô thực té, tiến hành phân tích đánh giá, kết luận và đưa đề xuất áp dụng hợp lý Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Đề tài nghiên cứu ứng dụng hệ thống SCADA/DAS là phân hệ định hướng áp dụng DMS lưới điện phân phối, là lĩnh vực được áp dụng tại Việt Nam Đề tài đưa giải pháp áp dụng công nghệ tự động phân đoạn phù hợp với hạ tầng lưới điện và hiện trạng hệ thống SCADA, đồng thời tính tốn cụ thể nên mang ý nghĩa thực tiễn Góp phần thúc đẩy việc xây dựng lưới điện Quảng Bình trở thành lưới điện thông minh, mang hàm lượng kỹ thuật tự động hóa cao Cấu trúc luận văn Bố cục luận văn ngoài phần mở đầu và kết luận chung, nội dung luận văn được biên chế thành ba chương sau: + Chương 1: Tổng quan tự động hóa lưới điện phân phối + Chương 2: Khả tự động hóa lưới điện phân phối việc tự động phân đoạn tại PC Quảng Bình + Chương 3: Áp dụng công nghệ tự động phân đoạn lưới điện phân phối TP Đồng Hới CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ TỰ ĐỘNG HÓA LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 1.1 Giới thiệu Hệ thống tự động hóa lưới điện phân phối (DAS) là hệ thống tự động kiểm soát chế độ làm việc LĐPP nhằm phát hiện phần tử bị cố tách khỏi vận hành đồng thời phục hồi việc cấp điện cho phần tử không bị cố đảm bảo cung cấp điện liên tục DAS được áp dụng phổ biến nước phát triển, đặc biệt là Nhật và số nước khác cho phép nâng cao bản độ tin cậy cung cấp điện, giảm thiểu thời gian điện cố mạng phân phối 1.2 Cơng nghệ tự động hóa giới Tự động hóa phân phối đề cập đến loạt công nghệ được tập trung vào theo dõi và kiểm sốt thời gian thực và được chia thành năm loại cơng nghệ: • Quản lý tối ưu điện áp và công suất phản kháng (VVO) • Tự động hóa tụ bù (CA) • Phối hợp máy cắt đóng lặp lại và máy cắt phân đoạn (R&S) • Hệ thống quản lý phân phối và Hệ thống quản lý điện • Nhận dạng và khôi phục phát hiện lỗi (FDIR) 1.2.1 Tối ưu điện áp cơng suất phản kháng Tối ưu hóa Volt/VAR bao gồm chức giảm điện áp bảo vệ được sử dụng để tính tốn và trì điện áp nhận phía khách hàng được CVR được sử dụng để làm phẳng đồ thị điện áp và điều chỉnh điện áp hệ thống tổng thể giới hạn cho phép theo tiêu chuẩn khuyến nghị ANSI hay IEC 1.2.2 Tự động hóa tụ bù Hệ thống cho phép giám sát và điều khiển từ xa vận hành tụ bù thông qua giao thức truyền thông theo thời gian thực Cung cấp cho người quản lý vận hành công cụ nâng cao hệ số cosφ, tối ưu hóa phần tử cung cấp điện, giảm thiểu công suất vô công, nâng cao công tác vận hành lưới điện 1.2.3 Phối hợp máy cắt đóng lặp lại máy cắt phân đoạn Thiết bị phân đoạn (Sectionaliser) là giải pháp kinh tế để phân loại mạng lưới ngoài trời lớn và thường được sử dụng vị trí phối hợp với thiết bị khác khó khăn Bộ phận nhận diện cảm nhận luồng dòng chảy mức đặt trước và thiết bị bảo vệ bên nguồn mở để tắt nguồn cho mạch, phận cắt đếm đếm gián đoạn dòng Thiết bị cắt là phương pháp kinh tế để cải thiện dịch vụ dây chuyền phân phối được trang bị với reclosers reclosing circuit breakers 1.2.4 Hệ thống quản lý phân phối quản lý điện Hệ thống quản lý phân phối (DMS) và hệ thống quản lý điện (OMS) là hệ thống quản lý riêng biệt có mức tích hợp khác Hệ thống quản lý điện OMS dựa máy tính hiện đại, sử dụng mô hình kết nối và giao diện người dùng đồ họa OMS thường bao gồm chức xử lý gọi xử lý cố, phân tích tình trạng điện và dự đốn, báo cáo độ tin cậy 1.2.5 Công nghệ phát lỗi, cách ly khôi phục Phát hiện lỗi, cách ly và khơi phục (FDIR) là lớp cơng nghệ có mục tiêu là để xác định xuất hiện cố, ghi lại xuất hiện, xác định vị trí cố và hỗ trợ trình phục hồi Nó là kết hợp hệ thống DMS & OMS nâng cao, tích hợp chặt chẽ tài sản cấp trung chuyển với DMS Các hệ thống FDIR sử dụng tự động chuyển đổi, ví dụ: reclosers, sectionalizers và switch, giúp giảm thiểu số lượng khách hàng bị ảnh hưởng cố 1.3 Cơng nghệ tự động hóa áp dụng Việt Nam 1.3.1 Hệ thống SCADA Hệ thống SCADA là hệ thống giám sát và điều khiển xa thành phần cấu thành lưới điện Đây là hệ thống có cấu trúc mở và phân tán bao, gồm thành phần bản hình 1.6 Hệ thống SCADA trung tâm bao gồm chức [3]: • Thu thập liệu thời gian thực giá trị đo lường, thông số và trạng thái vận hành thiết bị hệ thống điện, liệu và thời gian thu thập liệu phải được xác định, đồng và lưu trữ • Giám sát thời gian thực hệ thống điện, Hiển thị giao diện đồ họa trực quan • Điều khiển thiết bị hệ thống điện • Lưu trữ liệu thời gian thực thu thập được để chạy ứng dụng xử lý và phân tích vận hành hệ thống điện Hình 1.6: Cấu trúc hệ thống SCADA sử dụng phần mềm Survalent (minh họa) 1.3.2 Hệ thống SCADA/EMS Hệ thống quản lý lượng (SCADA/EMS) là hệ thống theo dõi, kiểm sốt và tối ưu hóa hiệu suất hệ thống nguồn lưới và truyền tải Ngoài ra, được sử dụng hệ thống quy mơ nhỏ microgrids Hệ thống SCADA/EMS có cấu trúc mở và phân tán bao gồm hệ thống SCADA trung tâm được tích hợp với hệ thống EMS Hệ thống được thiết kế có khả bổ sung, nâng cấp và tích hợp thêm máy chủ, xử lý và phần mềm ứng dụng mà không làm thay đổi cấu trúc thiết bị phần cứng và phần mềm hiện có hệ thống SCADA/EMS Các thiết bị phần cứng và phần mềm hệ thống EMS phải có khả tương thích với và tương thích với hệ thống SCADA trung tâm Đảm bảo yêu cầu an toàn, an ninh mạng, bảo mật thông tin và chống phá hoại từ bên ngoài trình quản lý vận hành hệ thống điện truyền tải 1.3.3 Hệ thống SCADA/DMS Trong năm gần đây, việc sử dụng lượng điện tăng lên theo cấp số nhân và yêu cầu khách hàng và định nghĩa chất lượng điện được thay đổi nhiều Khi lượng điện trở thành phần thiết yếu sống hàng ngày, việc sử dụng và độ tin cậy tối ưu trở nên quan trọng Quan điểm mạng thời gian thực và định nhanh chóng trở thành cơng cụ để tối ưu hóa tài ngun và quản lý nhu cầu, việc ứng dụng hệ thống quản lý phân phối để xử lý luồng công việc phù hợp là quan trọng Hệ thống quản lý phân phối (DMS) là tập hợp ứng dụng được thiết kế để giám sát và kiểm soát toàn mạng lưới phân phối cách hiệu quả và đáng tin cậy Nó hoạt động hệ thống hỗ trợ định để hỗ trợ phòng điều khiển và nhân viên điều hành hiện trường với việc theo dõi và kiểm soát lưới điện Cải thiện độ tin cậy và chất lượng dịch vụ điện, trì tần số và mức điện áp chấp nhận Hệ thống SCADA/DMS có cấu trúc mở và phân tán bao gồm hệ thống SCADA trung tâm được tích hợp với hệ thống DMS (hình 1.7) Hệ thống được thiết kế có khả bổ sung, nâng cấp và tích hợp thêm máy chủ, xử lý và phần mềm ứng dụng mà không làm thay đổi cấu trúc thiết bị phần cứng và phần mềm hiện có hệ thống SCADA/DMS Các thiết bị phần cứng và phần mềm hệ thống DMS phải có khả tương thích với và tương thích với hệ thống SCADA trung tâm Đảm bảo yêu cầu an toàn, an ninh mạng, bảo mật thông tin và chống phá hoại từ bên ngoài trình quản lý vận hành hệ thống điện truyền tải 1.3.4 Hệ thống SCADA/OMS Hệ thống quản lý điện SCADA/OMS là hệ thống mô hình mạng chi tiết hệ thống phân phối tích hợp thơng tin địa lý Việc kết hợp vị trí địa lý khách hàng cơng cụ quy tắc dự đốn xác thơng tin tình trạng điện Hệ thống quản lý điện thường được tích hợp với hệ thống SCADA tự động báo cáo hoạt động đóng cắt Điều quan trọng hệ thống SCADA/OMS là dự đốn điện, ước tính khơi phục xác đến khách hàng Đồng thời hệ thống OMS hỗ trợ hoạt động lập kế hoạch hệ thống phân phối liên quan đến việc cải thiện độ tin cậy cách cung cấp số liệu thống kê điện quan trọng 1.4 Kết luận Trước phát triển khoa học công nghệ và đòi hỏi ngày càng cao xã hội chất lượng cung cấp điện, việc ứng dụng công nghệ để tự động hóa lưới điện là điều tất yếu Trong chương này, tìm hiểu công nghệ tự động hóa áp dụng giới và Việt Nam Với đặc thù là nước phát triển sau, ngành điện Việt Nam áp dụng tự động hóa theo hướng hệ thống tích hợp cho mục đích: khâu nguồn phát, khâu truyền tải, khâu phân phối Đây là hướng đắn giai đoạn ban đầu, bước tiếp cận khoa học công nghệ giới Tuy nhiên, yêu cầu xã hội ngày càng khắt khe chất lượng cung cấp điện với sở hạ tầng đáp ứng thì việc nghiên cứu, phân tích sâu phương pháp là cần thiết Trong chương tiếp theo, đánh giá, phân tích hiện trạng lưới điện phân phối tỉnh Quảng Bình, khả áp dụng để lựa chọn giải pháp tự động hóa phù hợp 10 CHƯƠNG KHẢ NĂNG TỰ ĐỘNG HÓA LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI TRONG VIỆC TỰ ĐỘNG PHÂN ĐOẠN TẠI PC QUẢNG BÌNH 2.1 Hệ thống SCADA Cơng ty Điện lực Quảng Bình 2.1.1 Quy mô, trạng hệ thống Hệ thống SCADA tỉnh Quảng Bình gồm Trung tâm điều khiển đặt tại Công ty Điện lực Quảng Bình, Trung tâm điều khiển có khả kết nối với Trung tâm Điều độ Hệ thống điện miền Trung (A3), TBA 110kV và thiết bị lưới điện trung Hệ thống sử dụng phần mềm Survalent SmartSCADA với giao diện thân thiện và khả dự phòng cao, khơng giới hạn thiết bị RTU, IED, đường truyền thông, tài khoản người dùng kết nối vào hệ thống Quy mô hệ thống SCADA Công ty Điện lực Quảng Bình hình 2.1 Hình 2.1: Quy mơ hệ thống SCADA Cơng ty Điện lực Quảng Bình Hệ thống SCADA tỉnh Quảng Bình được xây dựng đáp ứng tiêu chí có khả nâng cấp, bổ sung chức cách dễ dàng mà không làm thay đổi hệ thống phần mềm làm việc Việc mở rộng khơng làm suy giảm tính sẵn sàng, độ tin cậy hệ thống vận hành, thời gian cắt điện phục vụ thi công lắp đặt và thử nghiệm hệ thống sau thay đổi mở rộng không yêu cầu cấu trúc lại phần mềm và phần cứng làm việc 13 không phải đầu tư nhiều cho hệ thống trung gian, điều chỉnh băng thông linh hoạt theo nhu cầu Đồng thời nhằm đảm bảo tính bảo mật, đường truyền 3G sử dụng không phải là đường truyền 3G công cộng mà là đường truyền riêng được thiết lập hệ thống dịch vụ mạng riêng ảo VPN MPLS Layer bảo mật theo giao thức IPSec kết nối mạng lõi nhà cung cấp và kết nối đến Trung tâm Điều khiển thông qua kênh leaseline 2.2 Khả tự động hóa Recloser LBS 2.2.1 Tại Recloser Các Recloser hiện lắp đặt lưới điện Quảng Bình đa phần hỗ trợ giao thức kết nối đến hệ thống SCADA IEC 60870-5-101/104, DNP3, Modbus cần bổ sung thiết bị thông tin 3G để kết nối Trung tâm Điều khiển Đối với số Recloser có tủ điều khiển kiểu cũ (FXB) không hỗ trợ kết nối SCADA Vì vậy, để thực hiện việc kết nối SCADA phải mua bổ sung card vào/ra nhà sản xuất Recloser hiện hữu gặp nhiều khó khăn nhà sản xuất khơng sản xuất có sản xuất thì giá thành cao Giải pháp hợp lý là không thực hiện cải tạo mà tiến hành thay chủng loại theo lộ trình cải tạo, nâng cấp lưới điện cách phù hợp 2.2.2 Tại LBS Các LBS hiện có lưới điện được trang bị nhiều mã hiệu nhiều nhà sản xuất khác và có phận đóng cắt khí khơng có tủ điều khiển Để thực hiện kết nối SCADA LBS hiện có lưới điện phải mua sắm bổ sung tủ điều khiển gồm: môtơ và truyền động từ tủ điều khiển đến phận đóng cắt khí phải mã hiệu và nhà sản xuất với phần đóng cắt khí LBS hiện hữu lưới điện để đảm bảo tương thích hành trình truyền động khí, số mã hiệu LBS nhà sản xuất khơng sản xuất 14 có sản xuất thì giá thành cao, sơ đồ LBS trọn hình 2.7 Giải pháp đề xuất để thực hiện kết nối SCADA tại LBS và khắc phục hạn chế nêu trên, cần đầu tư LBS trọn gồm: cấu đóng cắt, tủ điều khiển, động và truyền động, máy biến áp cấp nguồn, RTU, modem 3G RTU được cài đặt giao thức truyền thông IEC60870-5-101 slave đáp ứng theo chuẩn giao thức truyền thông IEC60870-5-101 master hiện có tại Trung tâm điều khiển Hình 2.7: Sơ đồ LBS trọn 2.3 Giải pháp tự động hóa lưới điện phân phối 2.3.1 DAS khả áp dụng Hệ thống tự động hóa lưới điện phân phối (DAS) là hệ thống tự động theo dõi, bảo vệ và kiểm soát hoạt động chuyển mạch thông qua thiết bị điện tử thông minh (IEDs) để khơi phục cung cấp điện có cố và trì điều kiện hoạt động thiết bị trở lại hoạt động bình thường Ngày nay, nhờ tiến công nghệ truyền thông, hệ thống phân phối tự động (DAS) không là điều khiển từ xa hoạt động thiết bị trạm biến áp và nguồn điện mà là hệ thống điện tự phục hồi có độ tin cậy cao và phản ứng nhanh với tình theo thời gian thực với phương pháp thích hợp Do đó, tự động hóa khơng thay thủ tục thủ cơng; cho phép hệ thống điện hoạt động theo cách tốt nhất, dựa thơng tin xác được cung cấp kịp thời cho ứng dụng và thiết bị thực hiện 15 Việc triển khai thực hiện tự động hóa lưới điện phân phối trải qua ba giai đoạn sau: Giai đoạn 1: Việc tự động hóa lưới điện phân phối được thực hiện rơle phát hiện cố FDR và dao cách ly phân đoạn tự động lắp đặt phân đoạn xuất tuyến lưới điện phân phối, kết hợp chức tự đóng lặp lại được trang bị tại đầu máy cắt đầu xuất tuyến là hình tia hay mạch vòng Giai đoạn 2: Việc tự động hóa lưới điện phân phối kèm theo chức giám sát và điều khiển xa dao cách ly phân đoạn tự động Dựa thông tin thu được từ xa, nhân viên vận hành tại Trung tâm điều khiển thao tác đóng cắt phần tử cố để cách ly Giai đoạn 3: Thực hiện quản lý vận hành lưới điện phân phối hiển thị theo bản đồ địa lý và lập trình tính tốn tự động thao tác Sau thực hiện xong giai đoạn thì lưới điện phân phối hoàn toàn được tự động hóa Với quy mơ, hiện trạng hệ thống SCADA hiện có tại Cơng ty Điện lực Quảng Bình, để tự động hóa lưới phân phối có hai phương án lựa chọn: Phương án 1: Sử dụng tủ điều khiển có chức mạch vòng cho phép cô lập vùng bị lỗi mạch định thiết lập lại dịch vụ cho vùng không bị lỗi khoảng thời gian ngắn mà không cần liên lạc Điều này cho phép thiết bị phục vụ hai chức năng, thiết bị thiết bị chuyển mạch tự động và thiết bị khác làm thiết bị bảo vệ dòng recloser Phương án 2: Sử dụng tủ điều khiển chức mạch vòng và sử dụng lập trình logic phần mềm SCADA để điều khiển hoạt động loop scheme 2.3.2 Phân tích theo tiêu chí kỹ thuật a Phương án 16 Các thiết bị recloser được trang bị tủ điều khiển có kết nối SCADA và chức tự động hóa lưới điện mạch vòng để lập cố và giảm thiểu khu vực bị điện chế độ cố Phần mềm SCADA trang bị tại Trung tâm điều khiển có nhiệm vụ giám sát, điều khiển và thu thập liệu đo lường từ xa recloser hệ thống Phần mềm SCADA tại Trung tâm điều khiển khơng cần có chức lập trình logic, việc thực hiện tự động hóa lưới điện mạch vòng bản thân tủ điều khiển recloser điều khiển Do đó, hệ thống có nhu cầu mở rộng tương lai thì recloser lắp đặt lưới điện có kết nối mạch vòng cần phải trang bị tủ điều khiển có chức tự động hóa lưới điện mạch vòng b Phương án Các thiết bị recloser lắp đường dây được trang bị tủ điều khiển có kết nối SCADA khơng có chức tự động hóa lưới điện mạch vòng Phần mềm SCADA trang bị tại Trung tâm điều khiển có nhiệm vụ giám sát, điều khiển và thu thập liệu đo lường từ xa recloser hệ thống Phần mềm SCADA tại Trung tâm điều khiển có kèm theo chức lập trình logic, việc thực hiện tự động hóa lưới điện mạch vòng để lập cố và giảm thiểu khu vực bị điện chế độ cố phần mềm SCADA điều khiển theo thuật toán lập trình logic cho recloser Do đó, hệ thống có nhu cầu mở rộng thì recloser lắp đặt lưới điện có kết nối mạch vòng khơng cần thiết phải trang bị tủ điều khiển có chức mạch vòng, cần sử dụng tủ điều khiển thông thường với hỗ trợ kết nối SCADA 17 Đánh giá mặt kỹ thuật thì phương án với phần mềm SCADA tại Trung tâm điều khiển có kèm theo chức lập trình logic có ưu điểm Phương án sau: Do phần mềm SCADA linh hoạt lập trình đáp ứng được nhiều yêu cầu khác điều khiển tự động hóa lưới điện mà khơng bị phụ thuộc vào chức tự động hóa thiết bị recloser hệ thống Trong tương lai, việc mở rộng hệ thống cần đầu tư mua sắm thiết bị recloser với tủ điều khiển thông thường không cần có chức mạch vòng 2.3.3 Phân tích theo tiêu chí kinh tế Với hai phương án nêu trên, xét phương diện tổng giá trị đầu tư với quy mô nhỏ, thiết bị đồng thì phương án có tổng giá trị đầu tư hiện tại thấp phương án 2, tổng giá trị đầu tư recloser phương án cao phương án khơng cao chi phí đầu tư phần mềm có chức lập trình Logic phương án Xét với lưới phân phối quy mô lớn, thiết bị đa dạng chủng loại thì giá trị đầu tư cho toàn hệ thống theo phương án có tổng mức thấp phương án thiết bị recloser với tủ điều khiển thông thường không cần có chức Loop scheme có giá rẻ tủ điều khiển có chức Loop scheme phương án 2.3.4 Lựa chọn giải pháp Với hiện trạng hệ thống SCADA tỉnh Quảng Bình sử dụng phần mềm Survalent có giấy phép sử dụng cơng cụ Automation Đồng thời, thiết bị lưới điện được đầu tư qua nhiều giai đoạn với chủng loại đa dạng So sánh hai phương án chi tiết hình 2.5 18 PHƯƠNG ÁN PHƯƠNG ÁN * Chi phí thấp * Không tiếp cận công nghệ để khai thác hiệu quả Khơng cần tính Automation Khơng cần chức tự động hóa lưới điện mạch vòng * Chi phí cao * Một lần đầu tư Cần tính Automation * Chi phí cao * Thường xuyên cần mở rộng Cần chức tự động hóa lưới điện mạch vòng SCADA 19 Recloser Hình 2.9: So sánh hai phương án tự động hóa lưới phân phối Từ phân tích trên, tác giả lựa chọn sử dụng phương án để tự động phân đoạn lưới điện phân phối Thành phố Đồng Hới 2.4 Kết luận Việc tự động hóa lưới điện phân phối đóng vai trò quan trọng nhằm đảm bảo vận hành an toàn, linh hoạt nâng cao tính cung cấp điện tin cậy cho khách hàng Trong chương này, tìm hiểu quy mô hệ thống SCADA Công ty Điện lực Quảng Bình, phân tích khả tự động hóa thiết bị trung lưới điện phân phối Đồng thời, phân tích phương án tự động hóa lưới phân phối theo tiêu chí kỹ thuật và kinh tế Trên sở hiện trạng, quy mô hệ thống SCADA Công ty Điện lực Quảng Bình, tác giả lựa chọn phương án lập trình logic phần mềm SCADA để điều khiển hoạt động loop scheme nhằm tự động phân đoạn cố và nhanh chóng cấp điện cho phân đoạn không bị cố thời gian nhanh Đây là phương án sử dụng công nghệ tự động hóa quản lý tập trung nên linh động với thay đổi lưới điện, dễ dạng lựa chọn phương thức vận hành kinh tế, hiệu quả cho lưới điện phân phối Thành phố Đồng Hới 20 CHƯƠNG ÁP DỤNG CÔNG NGHỆ TỰ ĐỘNG PHÂN ĐOẠN LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI TP ĐỒNG HỚI 3.1 Tổng quan lưới điện TP Đồng Hới 3.1.1 Quy mô lưới điện a Nguồn lưới điện Điện lực Đồng Hới là đơn vị trực thuộc Công ty Điện lực Quảng Bình quản lý lưới phân phối địa bàn TP Đồng Hới, tỉnh Quảng Bình Với đặc điểm lưới phân phối có cấp điện áp ≤ 35kV, cấu trúc hình tia mạch vòng kín vận hành hở, có nhiều nhánh rẽ từ trục và phụ tải nối dọc đường dây Nguồn được cấp từ hai trạm biến áp 110kV là trạm Đồng Hới và Bắc Đồng Hới b Công suất phụ tải Hình 3.1 thể hiện sản lượng điện nhận, điện giao năm 2016 và 2017 Điện lực Đồng Hới: Hình 3.1: Sản lượng điện nhận/điện giao ĐL Đồng Hới Tỷ trọng sản lượng điện thương phẩm theo thành phần phụ tải năm tháng đầu năm 2018 hình 3.2 21 Hình 3.2: Biểu đồ phân bố phụ tải năm 2017 c Chỉ số độ tin cậy Năm 2017, độ tin cậy cung cấp điện, Điện lực Đồng Hới thực hiện số MAIFI: 0,422 lần (kế hoạch 0,377 lần), SAIDI: 116,262 phút (kế hoạch 94,408 phút), SAIFI: 0,663 lần (kế hoạch 0,996 lần) Với đặc thù là lưới điện địa bàn thành phố, số thực hiện không đạt mục tiêu đề 3.1.2 Đánh giá xuất tuyến 475 Đồng Hới 477 Bắc Đồng Hới Hai xuất tuyến đường dây trung 475 Đồng Hới và 477 Bắc Đồng Hới là tuyến đường dây không, được khép vòng liên lạc Recloser thường mở 487 Trại Gà Máy cắt đầu tuyến cài đặt chức đóng lặp lại (xem hình 3.3) Hình 3.3: Sơ đồ đơn tuyến đường dây 475 Đồng Hới 477 Bắc Đồng Hới 22 3.2 Thực tự động phân đoạn xuất tuyến 475 & 477 3.2.1 Kết nối thiết bị hệ thống SCADA Sử dụng dịch vụ vô tuyến di động qua mạng 3G/4G Vinaphone tảng kết nối VPN Layer dựa hạ tầng mạng IP/MPLS nhằm mục đích tạo mạng riêng ảo, tăng cường khả bảo mật tránh công và linh động việc mở rộng mạng 3.2.2 Các tín hiệu cần thu thập Hệ thống SCADA sử dụng phần mềm Survalent/Canada đặt tại Trung tâm Điều khiển thực hiện giám sát trạng thái vận hành thực tế, thu thập liệu đo lường và thực hiện điều khiển recloser từ xa theo giao thức DNP3, IEC60870-5-101, IEC60870-5-104 Để thực hiện theo phương án đề ra, số lượng tín hiệu thu thập cần đáp ứng yêu cầu với nhóm: Tín hiệu mở mức độ trạm – máy biến áp; Tín hiệu mức độ trạm – xuất tuyến trung 22kV; Tín hiệu mức độ lưới phân phối – recloser/LBS; 3.2.3 Tự động hóa phần mềm Survalent SCADA a Xây dựng sở liệu lưới điện phần mềm SCADA Explorer Các thành phần bản cần có sở liệu: Station Communication Lines Là nhóm Point được Việc nhóm Point lại để nhiều Station là tùy vào người Communication Line là đại d liên kết RTU RTUs Thiết bị chứa biến liệu cần để xây dựng sở liệu Status point Analog point Được dùng để trạng thái củ Biểu diễn giá trị số nh lường 23 b Xây dựng lưới điện phần mềm SmartVU Phần mềm SmartVU chứa biến đo lường, biến trạng thái nhận từ máy chủ Các hoạt động vận hành lệnh điều khiển, hay xác nhận biến alarm, được chuyển trực tiếp đến máy chủ vận hành 3.2.4 Kết mô Để mô cố xảy ra, ta viết chương trình giả lập trạng thái thiết bị có cố phần mềm STC Explorer sử dụng công cụ Command Sequences để viết chương trình, giao diện hình 3.19 Hình 3.19: Giao diện lập trình Command Sequences Hình 3.20: Sơ đồ lưới điện làm việc bình thường Sau xây dựng sở liệu STC Explorer và giao diện vận hành HMI Smart VU thì trạng thái làm việc bình thường lưới xét hình 3.20 24 Khi có cố MC 475 Đồng Hới và Recloser 485 Đồng Sơn, MC 475 tác động cắt, có tín hiệu thị cố tại MC 475 Đường dây từ MC 475 đến Recloser 485 Đồng Sơn, 487 Trại Gà bị điện Hình 3.21: Recloser 485 Đồng Sơn cắt để lập cố đóng Recloser 487 Trại Gà để cấp điện phân đoạn lại Sau xác định phân đoạn bị cố, FLISR cô lập phân đoạn bị cố, lệnh cắt Recloser 485 Đồng Sơn Sau đó, FLISR tính tốn so sánh công suất chuyển tải với xuất tuyến 477 Bắc Đồng Hới và gửi lệnh đóng Recloser 487 Trại Gà để phục hồi cung cấp điện cho phân đoạn không bị cố Phân đoạn từ Recloser 485 Đồng Sơn đến Recloser 487 Trại Gà được khôi phục cung cấp điện trở lại (hình 3.21) 3.3 Đánh giá hiệu Xét trường hợp cụ thể xảy cố đoạn MC 475 Đồng Hới và Recloser 485 Đồng Sơn Máy cắt 475 cắt, toàn nhánh từ MC 475 đến bị điện Sau trình xử lý tự động hóa hệ thống hoàn thành, cô lập vùng cố từ MC 475 đến Recloser 485 Đồng SƠn, khu vực ngoài cố từ Recloser 485 Đồng Sơn đến Recloser 487 Trại Gà được phục hồi cung cấp điện Theo số liệu từ Công ty Điện lực Quảng Bình, suất cố trung bình đường dây được lấy trung bình là 10 lần/100km/năm Số khách hàng đoạn từ MC 475 đến Recloser 485 Đồng Sơn là 3225 khách hàng, đoạn từ Recloser 485 Đồng Sơn đến Recloser 487 Trại Gà là 2360 Tổng số khách hàng lưới điện thực hiên tự 25 động hóa là 10681 khách hàng Thời gian tìm điểm cố là 10 phút, thời gian sửa chữa là 30 phút, tổng thời gian điện khu vực bị cố là 40 phút Khi đưa tự động hóa vào, thời gian chuyển tải là 0.2 phút Ta tính tốn được tiêu độ tin cậy cung cấp điện sau: Khi khơng có tự động hóa: Khi có tự động hóa: Như vậy, trường hợp này thời gian điện trung bình giảm 3,973 phút (giảm 26,52%), số lần điện trung bình giảm 0,192 lần (giảm 42,26%), chi tiết hình 3.27 và 3.28 3.4 Khả mở rộng cho lưới phân phối TP Đồng Hới Với đặc điểm là tỉnh lỵ tỉnh Quảng Bình, việc nâng cao độ tin cậy cung cấp điện là quan trọng Trong kết quả phân tích, mơ và tính tốn việc tự động phân đoạn hai xuất tuyến 475 Đồng Hới và 477 Bắc Đồng Hới ta thấy hiệu quả mang lại là lớn Trên sở tính tốn số liệu, phương thức kết lưới vận hành với hiện trạng hệ thống SCADA hiện có, khả áp dụng giải pháp tự động phân đoạn hệ thống SCADA là khả thi với chi phí đầu tư thấp 26 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Lưới điện phân phối đóng vai trò quan trọng góp phần vào ổn định và phát triển kinh tế, trị, xã hội quốc gia nói chung và địa phương nói riêng Yêu cầu đặt ngành điện là độ tin cậy cung cấp điện lưới điện phân phối giai đoạn Cùng với phát triển mạnh mẽ khoa học, công nghệ đặc biệt là cách mạng công nghiệp 4.0 diễn với thành tựu vượt bậc Việc ứng dụng công nghệ vào công tác vận hành lưới điện là điều cần thiết Trong khuôn khổ đề tài tìm hiểu cơng nghệ tự động hóa áp dụng giới và Việt Nam và nắm được kiến thức tổng quan giải pháp tự động hóa khả áp dụng tại Việt Nam Với phạm vi đề tài là nghiên cứu áp dụng cho lưới điện phân phối Thành phố Đồng Hới, tỉnh Quảng Bình Qua nghiên cứu, phân tích quy mơ hiện trạng lưới điện và so sánh, tính tốn theo tiêu chí kỹ thuật, kinh tế Tác giả lựa chọn giải pháp tự động phân đoạn lưới điện phân phối SCADA Toàn thiết bị đóng/cắt lưới được giám sát, điều khiển và thu thập liệu từ xa qua hệ thống SCADA đồng thời sử dụng công cụ Automation để lập trình phát hiện cố, cô lập điểm cố và phục hồi cung cấp điện cách tự động Kết quả tính tốn sau áp dụng tự động hóa lưới điện Thành phố Đồng Hới cho thấy số SAIDI, SAIFI giảm đáng kể Như tính tốn xuất tuyến 475 Đồng Hới sau khép vòng với xuất tuyến 477 Bắc Đồng Hới và thực hiện tự động hóa Thời gian điện trung bình giảm 3,973 phút (giảm 26,52%), số lần điện trung bình giảm 0,191 lần (giảm 42,26%) Ngoài là cơng cụ vận hành trực quan giúp vận hành lưới điện an toàn, xác, là tiền đề cho việc tái lập cấu trúc lưới điện cách linh hoạt Trong mức chi phí đầu tư là không đáng kể vì hiện trạng đáp ứng Vấn đề đặt là phải bố trí, kết lưới phù hợp để áp dụng linh hoạt công nghệ tự động phân đoạn đạt hiệu quả cao Cùng với là yêu cầu nguồn nhân lực trình độ cao, có khả nghiên 27 cứu và khai thác công nghệ Tác giả kiến nghị ngành điện cần quan tâm đến công tác tổ chức, đào tạo nguồn nhân lực trình độ cao và có lộ trình đầu tư, xây dựng hệ thống lưới điện đáp ứng để sẵn sàng khai thác Do điều kiện khả và thời gian có hạn nên đề tài chưa tính tốn hết số liệu cho toàn lưới điện Thành phố Đồng Hới mục tiêu đề ban đầu Tuy nhiên việc nghiên cứu sâu cơng nghệ tự động hóa cơng nghệ tự động phân đoạn lưới phân phối là điều kiện thuận lợi cho tác giả thực hiện công việc công tác tại đơn vị Đề tài mang ý nghĩa thực tiễn, góp phần thúc đẩy việc xây dựng lưới điện Quảng Bình trở thành lưới điện thông minh, mang hàm lượng kỹ thuật tự động hóa cao Là sở để nhân rộng áp dụng tự động hóa lưới điện phân phối phạm vi toàn tỉnh thời gian đến ... nghệ để khai thác hiệu quả Khơng cần tính Automation Khơng cần chức tự động hóa lưới điện mạch vòng * Chi phí cao * Một lần đầu tư Cần tính Automation * Chi phí cao * Thường xuyên cần mở rộng... mềm SCADA Explorer Các thành phần bản cần có sở liệu: Station Communication Lines Là nhóm Point được Việc nhóm Point lại để nhiều Station là tùy vào người Communication Line là đại d... trạng hệ thống SCADA tỉnh Quảng Bình sử dụng phần mềm Survalent có giấy phép sử dụng cơng cụ Automation Đồng thời, thiết bị lưới điện được đầu tư qua nhiều giai đoạn với chủng loại đa dạng